FMJ 2016 — questão 38 de Física

Enunciado em texto
A figura mostra um cubo homogêneo de aresta 2,0 cm e massa 20,0 g, totalmente mergulhado em água, mantido em repouso por uma mola ideal presa à face superior do cubo, enquanto a outra extremidade da mola está presa a um suporte fixo.
[Figura: no alto, uma barra horizontal rotulada “suporte fixo”; dela desce uma mola, rotulada “mola ideal”, que continua por um fio até a face superior de um cubo amarelo. O cubo está totalmente mergulhado na água de um recipiente cilíndrico de vidro, sem tocar o fundo nem as paredes.]
Considere a densidade da água kg/m, a aceleração da gravidade 10 m/s e que a mola obedeça à expressão |F| = kx, em que k é sua constante elástica e x a elongação que sofre ao lhe ser aplicada uma força de módulo F.
Sabendo que a elongação da mola é 2 cm, sua constante elástica k, em N/m, é
(A) 2.
(B) 4.
(C) 5.
(D) 6.
(E) 3.
(Enunciado e figura: Vestibular FMJ 2016, Medicina, Prova de Conhecimentos Gerais — FMJ/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Faculdade de Medicina de Jundiaí (FMJ) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: a constante elástica da mola que segura o cubo dentro da água.
Passo 1 — o peso do cubo (20,0 g = 0,020 kg):
Passo 2 — o empuxo. O cubo está totalmente submerso, então desloca um volume de água igual ao seu próprio volume:
Passo 3 — equilíbrio do cubo. Para cima agem o empuxo e a força da mola; para baixo, o peso. Como o cubo está em repouso:
Passo 4 — a constante elástica, com a elongação em metros (2 cm = 0,02 m):
Conferindo: a densidade do cubo é 20 g / 8 cm³ = 2,5 g/cm³, maior que a da água, então ele afundaria sozinho; faz sentido a mola ter que puxá-lo para cima, com uma força menor que o peso porque a água ajuda.
⚠️ A armadilha: esquecer o empuxo e pôr a mola segurando o peso inteiro: N/m, que nem aparece nas alternativas. Outra: trocar a força da mola pelo empuxo, N/m (alternativa B).
A ideia em uma frase: dentro da água, a mola só precisa segurar o “peso aparente”: o peso menos o empuxo.
Resposta: alternativa D (6 N/m).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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